CFG桩参数对沪武高速公路路基沉降影响规律研究

毕芬芬

摘 要：為了研究CFG桩参数对高速公路路基最终沉降值的影响规律，本文以沪武高速公路为研究对象，借助FLAC 3D有限元计算软件，建立不同对比条件下实例工程路基沉降的三维模型。经过计算分析，沉降值与桩长成反比、与桩间距成正比。同时综合各方案沉降值计算结果和造价，推荐桩长取7.0 m、桩间距取2.0 m。在该方案下，实例工程最大沉降值为2.55 cm，满足要求。

关键词：CFG桩;路基沉降;桩体参数

中图分类号：U416 文献标识码：A

1 工程概况

沪武高速公路太仓至常州段于2000年开工建设，2004年全线建成通车，现状苏沪界向西至董浜枢纽段为双向六车道高速公路，路基标准横断面宽35.0 m;董浜枢纽至常州南互通段为双向四车道高速公路，路基标准横断面宽28.0 m;全线设计速度120 km/h，项目路线全长约135 km。

2 CFG桩受力特性和变形特性分析

设桩与土收到的上部荷载为。在深度以上区域，桩体位移小于土体，此区间内上部荷载主要由土体承担，因此，土体对桩的摩擦力方向竖直向下。在深度以下区域，桩体位移小于土体，此区间内上部荷载主要由桩体承担，因此，土体对桩的摩擦力方向竖直向上。沿桩深方向，土体给桩的摩擦力在附近达到最大值。

根据文献可知，CFG桩加固后地基承载力可按下式进行计算：

（1）

式中，为CFG桩加固后的地基承载力;为CFG桩所占的面积占加固区域面积的比例;为CFG桩的单桩截面面积;为CFG桩的单桩承载力;为桩前土体承载力折减系数，按照文献[2]取0.70～0.90;为桩前土体的承载力。

假设CFG桩在荷载的作用下，桩顶与桩身产生的沉降分别为和，且令桩前土体产生的沉降为。由于以深度为界，以上区域桩体沉降小于桩前土体沉降，因此桩体部分进入褥垫层中产生变形，记为：

（2）

同理，以下区域桩体沉降大于桩前土体沉降，因此桩体部分的变形记为：

（3）

因此，桩体上部和下部区域变形量的总和记为土体的压缩总量，记为：

（4）

3 实例工程三维数学模型建立

根据实例工程设计资料及地勘资料，本工程区域总共有5个土层，自上而下分别是强风化岩、淤泥质粉质黏土、软粉质黏土、细砂层、软塑粘土，采用CFG桩进行加固处理。CFG桩长为7.0 m，直径为0.6 m，桩间距为2.0 m。本文借助FLAC三维有限元计算软件进行模型计算，实例工程三维有限元计算模型网格划分见图1（a），在设计方案下的沉降分布见图1（b）。

（a）网格划分 （b）设计方案下沉降计算结果

4 数模计算结果分析

4.1 桩体长度对沉降影响分析

（a）桩长5.0 m （b）桩长6.0 m

（c）桩长8.0 m （d）桩长9.0 m

设计方案桩长为7.0 m，选择桩体长度为5.0 m、6.0 m、8.0 m、9.0 m四组方案作为对比方案。其他条件不变情况下，各桩长下实例工程最终沉降云图计算结果见图2。

分析图2可知：

（1）在各工况下，水平方向上，路基沉降的最大值均发生在路基中心区域，且以路基中心为主要沉降区域，向两侧边坡逐渐递减;竖直方向上，主要沉降区域均在地表层区域，且逐渐向下递减，在土体深度9.2 m区域及以下部分，基本没有土体沉降位移发生。

（2）桩体长度为5.0 m、6.0 m、7.0 m、8.0 m、9.0 m方案下，实例工程路基的最终沉降值分别为3.20 m、2.75 m、2.55 m、2.48 m、2.40 m。可见在其他条件一定的情况下，桩长越长，实例工程路基的最终沉降值越小。

（3）综合各桩长下实例工程路基的最终沉降计算值以，同时考虑到本项目对地基沉降的设计目标值以及各方案的工程造价情况，同时本工程土体能感受到沉降的最大深度为9.2 m，桩长取7.0 m以上后对实例工程土体沉降影响较小，因此建议采用桩长为7.0 m的方案。

4.2 桩体间距对沉降影响分析

计算结果如下：

（1）桩间距为1.5 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m方案下，实例工程路基的最终沉降值分别为3.35 m、2.82 m、2.55 m、2.39 m、2.35 m。可见在其他条件一定的情况下，桩间距越小，实例工程路基的最终沉降值越小。

（2）分析可知，在桩间距为2.0 m时，缩小桩间距对实例工程路基的最终沉降值影响较小。同时考虑到各方案的工程造价，因此选择2.0 m桩间距为建议值。

5 结论

本文以沪武高速公路为研究对象，通过建立不同条件下高速公路路基沉降计算模型，分析了桩长和桩间距对实例工程路基沉降的影响。根据各对比方案的计算结果，推荐采用7.0 m桩长、2.0 m桩间距。这也与设计方案结果相吻合。因此，实例工程设计方案合理可行。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.公路路基设计规范[S].

[2]周焕云，黄晓明.高速公路软土地基沉降预测方法综述[J].交通运输工程学报，2002（04）：7-10.